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ベーシックエレクトロニクス-コンデンサ

コンデンサは、プレート間の電位差の形でエネルギーを保存する機能を備えた受動部品です。 電圧の突然の変化に耐えます。 電荷は2つのプレート間の電位差の形で蓄積され、電荷蓄積の方向に応じて正と負になります。

これらの2つのプレートの間には、*誘電体*と呼ばれる非導電領域が存在します。 この誘電体は、真空、空気、雲母、紙、セラミック、アルミニウムなどです。 コンデンサの名前は、使用される誘電体によって決まります。

記号と単位

静電容量の標準単位はファラッドです。 一般的に、利用可能なコンデンサの値は、マイクロファラッド、ピコファラッド、ナノファラドの順です。 コンデンサの記号は次のとおりです。

コンデンサ記号

コンデンサの静電容量は、プレート間の距離に比例し、プレートの面積に反比例します。 また、材料の誘電率が高いほど、静電容量は高くなります。 媒体の*誘電率*は、その媒体の単位電荷あたりに生成される電束の量を示します。 次の図は、いくつかの実用的なコンデンサを示しています。

コンデンサ

面積Aが同じで幅が等しい2つのプレートが距離dの間隔を空けて互いに平行に配置され、プレートにエネルギーが加えられると、その平行プレートコンデンサの静電容量は-

C \：\：= \：\：\ frac \ {\ varepsilon _ \ {0} \：\：\ varepsilon _ \ {r} \：\：d} \ {A}

どこで

*C* =コンデンサの静電容量

$ \ varepsilon _ \ {0} $ =空き領域の誘電率

$ \ varepsilon _ \ {r} $ =誘電体媒質の誘電率

*d* =プレート間の距離

*A* = 2つの導体板の面積

平行平板コンデンサ

いくつかの電圧が印加されると、コンデンサの2つの平行プレートに電荷が堆積します。 この電荷の堆積はゆっくりと発生し、コンデンサの両端の電圧が印加された電圧と等しくなると、入力電圧と出力電圧が等しくなるため、充電が停止します。

充電速度は静電容量の値に依存します。 静電容量の値が大きいほど、プレート内の電圧の変化率は遅くなります。

コンデンサーの働き

コンデンサは、電気エネルギーを保存する2端子受動部品として理解できます。 この電気エネルギーは静電場に保存されます。

最初は、コンデンサの2つのプレートの負電荷と正電荷は平衡状態にあります。 コンデンサが充電または放電される傾向はありません。 負の電荷は電子の蓄積によって形成され、正の電荷は電子の枯渇によって形成されます。 これは外部電荷が与えられずに発生するため、この状態は「静電気」状態です。 下の図は、静電気を帯びたコンデンサを示しています。

コンデンサー機能

AC電源の変動する正および負のサイクルに応じた電子の蓄積と枯渇は、「電流の流れ」として理解できます。 これは Displacement Current と呼ばれます。 これはACなので、この電流の方向は変化し続けます。

コンデンサの充電

外部電圧が与えられると、電荷は静電荷に変換されます。 これは、コンデンサの充電中に発生します。 電源の正の電位は、コンデンサの正のプレートから電子を引き付け、それをより正にします。 電源の負の電位は、コンデンサの負のプレートに電子を強制し、それをより負にします。 以下の図はこれを説明しています。

コンデンサの充電

この充電プロセス中、電子はDC供給を通過しますが、*絶縁体*である*誘電体*を通過しません。 コンデンサが充電を開始すると、この変位は大きくなりますが、充電すると減少します。 コンデンサの電圧が電源電圧と等しくなると、コンデンサの充電が停止します。

VI

コンデンサが充電し始めたときに誘電体に何が起こるか見てみましょう。

誘電挙動

電荷がコンデンサのプレートに堆積すると、静電界が形成されます。 この静電界の強さは、プレート上の電荷の大きさと誘電体の誘電率に依存します。 *誘電率*は、静電ラインがどれだけ通過できるかを示す誘電体の尺度です。

誘電体は実際には絶縁体です。 それは原子の最も外側の軌道に電子を持っています。 それらがどのように影響を受けるかを観察しましょう。 プレートに電荷がない場合、誘電体内の電子は円軌道を描きます。 これは、次の図に示すとおりです。

誘電体

電荷の堆積が起こると、電子は正に帯電したプレートに向かって移動する傾向がありますが、図に示すように回転し続けます。

誘電体挙動

電荷がさらに増加すると、軌道はさらに拡大します。 しかし、それでも増加する場合は、誘電体が*故障*し、コンデンサが短絡しています。 これで、コンデンサは完全に充電され、放電する準備が整いました。 ネガティブからポジティブプレートに移動するためのパスを提供すれば十分です。 一方の側には非常に多くの電子があり、もう一方の側にはほとんど電子がないため、電子は外部供給なしで流れます。 この不均衡は、コンデンサの「放電」によって調整されます。

また、放電経路が見つかると、誘電体材料内の原子は通常の*円軌道*に到達する傾向があるため、電子を強制的に放電させます。 この種の放電により、カメラのフラッシュのように、コンデンサは短時間で高電流を供給できます。

カラーコーディング

コンデンサの値を知るために、通常以下のようにラベルが付けられています-

n35 = 0.35nFまたは3n5 = 3.5nFまたは35n = 35nFなど。

時々、マーキングは100Kのようになります。つまり、k = 1000pFです。 その場合、値は100×1000pF = 100nFになります。

これらの番号マーキングは現在使用されていますが、コンデンサの値を理解するために国際色分け方式がかなり前に開発されました。 色分けの表示は、以下のとおりです。

Band colour	Digit A and B	Multiplier	Tolerance (t) > 10pf	Tolerance (t) < 10pf	Temperature coefficient
Black	0	× 1	±20%	±2.0pF
Brown	1	× 10	±1%	±0.1pF	-33 × 10-6
Red	2	× 100	±2%	±0.25pF	-75 × 10-6
Orange	3	× 1,000	±3%		-150 × 10-6
Yellow	4	× 10,000	±4%		-220 × 10-6
Green	5	× 100,000	±5%	±0.5pF	-330 × 10-6
Blue	6	× 1,000000			-470 × 10-6
Violet	7				-750 × 10-6
Gray	8	× 0.01	+80%, -20%
White	9	× 0.1	±10%	±1.0pF
Gold		× 0.1	±5%
Silver		× 0.01	±10%

これらの表示は、コンデンサの値を識別するために使用されました。

コンデンサ値

これらの5つのバンドコンデンサでは、最初の2つのバンドは数字を表し、3番目のバンドは乗数を、4番目は許容誤差を、5番目は電圧を表します。 カラーコーディングプロセスを理解するための例を見てみましょう。

• 例1 *-黄色、紫、オレンジ、白、赤の色コードでコンデンサの値を決定します。

解決策-黄色の値は4、紫は7、オレンジは3で乗数を表します。 白は許容値である±10です。 赤は電圧を表します。 しかし、電圧定格を知るために、このコンデンサが属する特定の帯域を知る必要がある別のテーブルがあります。

したがって、コンデンサの値は47nF、10％250v（Vバンドの電圧）です。

次の表は、コンデンサが属する帯域に応じて電圧がどのように決定されるかを示しています。

バンドの色

定格電圧（V）

• タイプJ *

• タイプK *

• タイプL *

• タイプM *

• タイプN *

ブラック

4

100

10

10

褐色

6

200

100

1.6

Red

10

300

250

4

35

オレンジ

15

400

40

黄

20

500

400

6.3

6

緑

25

600

16

15

Blue

35

700

630

20

バイオレット

50

800

Gray

900

25

25

白

3

1000

2.5

3

Gold

2000

銀

この表を使用すると、コンデンサの各バンドの電圧定格が、指定された色に従ってわかります。 電圧定格のタイプは、コンデンサのタイプも示します。 たとえば、タイプJのコンデンサは浸漬型タンタルコンデンサ、タイプKのコンデンサはマイカコンデンサ、タイプLのコンデンサはポリスチレンコンデンサ、タイプMのコンデンサは電解バンド4コンデンサ、タイプNのコンデンサは電解バンド3コンデンサです。 最近では、前述のように、色分けはコンデンサの値の単純な印刷に置き換えられています。

容量性リアクタンス

これは重要な用語です。 容量性リアクタンスは、交流電流、または単にAC電流に対してコンデンサが提供する抵抗です。 コンデンサは電流の流れの変化に抵抗するため、入力電流の周波数も抵抗と一緒に考慮する必要があるため、*リアクタンス*と呼ばれる反対を示しま​​す。

記号：X〜C〜

純粋な容量性回路では、電流* I〜C〜は印加電圧を90°リードします*

コンデンサの温度係数

指定された温度範囲でのコンデンサの*キャパシタンス*の最大変化は、コンデンサの温度係数によって知ることができます。 温度が特定のポイントを超えると、発生する可能性のあるコンデンサの静電容量の変化は、*コンデンサの温度係数*として理解されると述べています。

通常、すべてのコンデンサは25°Cの基準温度を考慮して製造されます。 したがって、コンデンサの温度係数は、この値を上回るおよび下回る温度の値に対して考慮されます。